DE2424974C3

DE2424974C3 - Electrode structure for a low-pressure vapor discharge lamp

Info

Publication number: DE2424974C3
Application number: DE2424974A
Authority: DE
Inventors: Edward Eugene Mayfield Village Hammer; John Painesville Paynter Jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-05-24
Filing date: 1974-05-22
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DE2424974B2; JPS5020582A; JPS5733664B2; US3826946A; CA988987A; GB1465107A; BE815335A; DE2424974A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenstruktur für eine Niederdruck-Dampfentladungslampe mit einem Paar Stützdrähte, einer langgestreckten Wendel, die an im Abstand voneinanderliegenden Punkten an den Stützdrähten befestigt ist, und einem: Elektronen emittierenden Kathodenmaterial auf dem zentralen Bereich der Wendel zwischen den Stützdrähten sowie einem Schutzüberzug auf mindestens einem Teil der freien Metalloberflächen, welche die Endbereiche der Wendel und die Bereiche der Stützdrähte benachbart der Wendel umfassen.The present invention relates to an electrode structure for a low-pressure vapor discharge lamp with a pair of support wires, an elongated helix, attached to spaced apart Points attached to the support wires, and an: electron-emitting cathode material on the central area of the helix between the support wires and a protective coating on at least one Part of the free metal surfaces, which are the end areas of the helix and the areas of the support wires include adjacent the helix.

Eine Eiektrodenstaiktur der vorgenannten Art ist in der US-PS 37 06 895 beschrieben. Der Schutzüberzug besteht dabei aus einem bei hoher Temperatur wärmehärtbaren Kunststoff, der ein isolierendes, hochschmelzendes anorganisches Pul er als Füllstoff enthält. Als Beispiel für den Kunststoff sind aromatische Polyimide und als Beispiele für den anorganischen Füllstoff Zirkon-, Aluminium- und Magnesiumoxid angegeben. Sowohl die Kunststoffe als auch die anorganischen Füllstoffe weisen jedoch gewisse Nachteile auf. So sind die verwendeten Kunststoffe und Metalloxide Isolatoren, die zu einem unvermeidlichen Überhitzen der Kathode führen, da die gesamte Anodenwärme zur Kathode zurückgeführt und nicht in die Enden der Wendel und in die Stützdrähte abgeleitet wird. Außerdem können weder Kunststoff noch Metalloxide den in den Lampen vorhandenen überschüssigen Sauerstoff beseitigen. Bei Kunststoffen ist es darüber hinaus schwierig, die so aufzubringen, daß sic bei den hohen Betriebstemperaturen gut auf den überzogenen Teilen haften.An electrode structure of the aforementioned type is in the US-PS 37 06 895 described. The protective coating consists of a high temperature thermosetting plastic that uses an insulating, high-melting inorganic powder as a filler contains. As an example of the plastic are aromatic polyimides and as examples of the inorganic Zirconia, aluminum and magnesium oxide filler specified. Both the plastics and the however, inorganic fillers have certain disadvantages. So are the plastics used and Metal oxide insulators that lead to the inevitable overheating of the cathode, as the entire Anode heat is returned to the cathode and not dissipated into the ends of the coil and the support wires will. In addition, neither plastic nor metal oxides can remove the excess oxygen present in the lamps. With plastics it is moreover difficult to apply the so that sic well at the high operating temperatures coated parts adhere.

Schließlich ist in der DE-AS 10 81 568 eine Elektrodenstruktur ähnlich der vorgenannten Art beschrieben, bei der mindestens die als Anordnung dienenden Teile der Zuleitungsdrähte durch eine Vorbehandlung eine stabile, rauhe Oberfläche dunkler matter Färbung haben. Diese Oberfläche wird durch aufgebrachte Metalle gebildet, wofür Chrom/Vanadium-Legierung, Aluminium/Eisen-Legierung, karbonisiertes Nickel, Molybdän und Aluminium genannt sind.Finally, in DE-AS 10 81 568 an electrode structure similar to the aforementioned type is described, in which at least the parts of the lead wires serving as an arrangement are pretreated have a stable, rough surface with a dark, matt color. This surface is applied by Metals are formed, for which chromium / vanadium alloy, aluminum / iron alloy, carbonized nickel, molybdenum and aluminum are named.

Diese Metalle sind zwar gute Leiter, sie führen jedoch zur Zerstäubung des Materials der Schutzdrähte, so daß auch diese Metalle, wie sie in der DE-AS 10 81 568 beschrieben sind, sich nicht als geeignet erweisen.Although these metals are good conductors, they lead to the atomization of the material of the protective wires, so that these metals, as they are described in DE-AS 10 81 568, do not prove to be suitable either.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Elektrodenstruktur der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß zur Erhöhung des Wirkungserades das Auftreten von Oxidringen in Lampen, inThe invention was based on the object of improving the electrode structure of the type mentioned in such a way that, in order to increase the degree of effectiveness, the occurrence of oxide rings in lamps, in denen diese Elektrodenstrukturen eingesetzt werden, vermindert wird, ohne daß dabei die mit den bekannten Schutzüberzügen verbundenen obigen Nachteile auftreten.which these electrode structures are used, is reduced, without that with the known The above disadvantages associated with protective coatings occur.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schutzüberzug aus Kohlenstoff bestehtAccording to the invention, this object is achieved in that the protective coating consists of carbon

Nachfolgend wird die Erfindung unter BezugnahmeThe invention is hereinafter referred to

auf die Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigtdescribed in more detail on the drawing. In detail shows

Fig. 1 eine weggebrochene perspektivische AnsichtFigure 1 is a broken away perspective view

ίο einer Niederdruck-Dampfentladungslampe mit Elektrodenstruktur der vorliegenden Erfindung undίο a low-pressure vapor discharge lamp with electrode structure of the present invention and

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenstruktur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.F i g. 2 is a perspective view of an electrode structure in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

Jn der F i g. 1 ist eine Niederdruck-Dampfentladungslampe in Form einer Leuchtstofflampe 11 gezeigt, die einen langgestreckten Glaskolben 12 umfaßt, der eine Beschichtung aus einem Leuchtstoffmaterial 13 auf der Innenseite trägt und eine Elektrodenstruktur 14 anIn the fig. 1 shows a low-pressure vapor discharge lamp in the form of a fluorescent lamp 11, which comprises an elongated glass envelope 12 having a coating of a phosphor material 13 on the Inside carries and an electrode structure 14 on jedem Ende aufweist, die ein Paar Stützdrähte 16 und 17 umfaßt, die sich durch einen Montagefuß 18 zu den Kontakten einer Basis 19 erstrecken, die an dem Ende der Lampe angebracht ist Die Lampe ist mit einem Inertgas, wie Argon, oder einer Mischung von Argoneach end having a pair of support wires 16 and 17 which extend through a mounting foot 18 to the contacts of a base 19 which at the end The lamp is attached to an inert gas, such as argon, or a mixture of argon und anderen Gasen mit einem geringen Druck gefüllt, z. B. etwa 3 Torr, sowie einer geringen Menge Quecksilber, um einen geringen Dampfdruck von etwa 6 mm Hg während des Betriebes der Lampe zu erzeugen.and other gases filled with a low pressure, e.g. B. about 3 Torr, and a small amount Mercury to maintain a low vapor pressure of about 6 mm Hg during lamp operation produce.

In F i g. 2 ist die Elektrodenstruktur 14 gezeigt die eine langgestreckte Wendel 21 aus einem zylindrisch, spiralförmig oder doppelspiralförmig gewickelten Wolframdraht umfaßt die benachbart ihren Endstücken an den Stützdrähten 16 und 17 befestigt ist, z. B. durchIn Fig. 2 shows the electrode structure 14 which has an elongated helix 21 made of a cylindrical, helically or double helically wound tungsten wire includes the adjacent its end pieces attached to the support wires 16 and 17, e.g. B. by Klemmen der Endbereiche der Stützdrähte um die Wendel, wie bei den Bezugszahlen 22 und 23 gezeigt Der zentrale Bereich der Wendel 21 ist mit einer Schicht 24 aus einem üblichen Elektronen emittierenden Kathodenmaterial versehen, das in jeder geeignetenClamping the end portions of the support wires around the coil as shown at 22 and 23 The central area of the helix 21 is covered with a layer 24 of a conventional electron-emitting one Cathode material provided in any suitable Weise, wie durch Eintauchen oder Aufsprühen einer Mischung von Erdalkalicarbonaten, aufgebracht werden kann.Way, like by dipping or spraying one Mixture of alkaline earth carbonates, can be applied.

Die verbleibenden unbedeckten Teile der Wendel 21 an dessen Endbereichen sowie die Bereiche derThe remaining uncovered parts of the coil 21 at its end areas as well as the areas of the Stützdrähte benachbart der Wendel, z. B. die Klammern 22 und 23 sind mit einem Schutzüberzug 26 aus Kohlenstoff bedecktSupport wires adjacent to the helix, e.g. B. the brackets 22 and 23 are covered with a protective coating 26 made of carbon

Dieser Kohlenstoffüberzug kann nach einem geeigneten Verfahren aufgebracht werden, wie durch Besprü-This carbon coating can be applied by any suitable method such as spraying hen oder Eintauchen, unter Verwendung eines geeigneten Materials, wie einer feinteiligen Dispersion von Graphit in einer flüchtigen Flüssigkeit, die nach dem Verdampfen einen Schutzüberzug aus Kohlenstoff hinterläßt.hen or dipping, using a suitable material such as a finely divided dispersion of Graphite in a volatile liquid that, after evaporation, forms a protective coating of carbon leaves behind.

Nachdem sowohl die Kathodenmaterialschicht 24 (in Form der Carbonate) als auch der Kohlenstoffschutzüberzug 26 auf die Wendel 21 aufgebracht worden ist, aktiviert man das Kathodenmaterial durch Hindurchleiten eines Stromes durch die Wendel, um die CarbonateAfter both the cathode material layer 24 (in Form of the carbonates) and the protective carbon coating 26 has been applied to the helix 21, the cathode material is activated by passing a current through the filament to the carbonates bis zu einer Temperatur von etwa 1600⁰C zu erhitzen,to heat up to a temperature of about 1600 ⁰ C, um sie in Oxide umzuwandeln. Dies kann entweder vorto convert them to oxides. This can be done either before oder nach dem Abdichten der Elektrodenstruktur in deror after sealing the electrode structure in the

Lampe erfolgen.Lamp. Der Kohlenstoffschutzüberzug 26 sollte durchgehendThe protective carbon coating 26 should be continuous

die gesamten unbedeckten Metallteile der Wendel 21 und der Klammern 22, 23 bedecken und sollte sich bis mindestens 3 mm unterhalb der Punkte erstrecken, an denen die Wendel 21 festgeklemmt ist. Wenn escover all of the uncovered metal parts of the coil 21 and the brackets 22, 23 and should extend up to extend at least 3 mm below the points at which the helix 21 is clamped. If it

gewünscht ist, kann der Kohlenstoffschutzüberzug jedoch die gesamte Fläche der Stützdrähte 16 und 17 bedecken. Der Kohlenstoffschutzüberzug 26 sollte auch die gesamten Endteile der Wendel, die sich über die Klemmstellen 22 und 23 hinaus erstrecken, bedecken, und er sollte sich nach innen von den Klemmstellen 22 und 23 ohne irgendeine Überlappung von Kohlenstoff und Kathodenmaterial bis genau zu den Enden der Kalhodenmaterialschicht 24 erstrecken. In einer vorteilhaften Ausführun^sform ist die Wendel 21 mit dem Kohlenstoffschutzüberzug 26 für eine Strecke von etwa 3 mm von den Klemmstellen 22 und 23 nach innen bedeckt Diese mit Kohlenstoff bedeckten Flächen wirken für die Elektrodenstruktur als Anodenflächen. Wenn die Endstücke der Stützdrähte 16 und 17 ausgedehnt sind oder wenn zusätzliche Drähte oder Metallplatten in der Ebene der Wendel oder vor der Wendel in dem Dampfentladungsbereich vorgesehen sind, um in bekannter Weise eine vergrößerte Anodenfläche zu bilden, dann sollten diese auch mit einem Kohlenstoffschutzüberzug bedeckt sein-however, if desired, the protective carbon coating may cover the entire area of the support wires 16 and 17 cover. The protective carbon coating 26 should also cover all of the end portions of the helix that extend over the Nips 22 and 23 extend out, cover, and it should extend inward from nips 22 and 23 without any overlap of carbon and cathode material right up to the ends of the Calhidic material layer 24 extend. In an advantageous Embodiment is the coil 21 with the carbon protective coating 26 for a distance of about 3 mm from the terminal points 22 and 23 inwards covered these surfaces covered with carbon act as anode surfaces for the electrode structure. When the end pieces of the support wires 16 and 17 are extended or if additional wires or metal plates are in the plane of the helix or in front of the Helix are provided in the vapor discharge area to an enlarged in a known manner To form anode surface, then these should also be covered with a protective carbon coating-

Lampen, die mit Elektrodenstrukturen hergestellt sind, die mit einem Kohlenstoffschutzüberzug bedeckte Flächen haben, wie sie oben beschrieben sind, arbeiten mit einem höheren elektrischen Wirkungsgrad und weisen weniger Oxidringbildung auf als die Lampen ohne solche mit Kohlenstoffschutzüberzug bedeckte Flächen.Lamps made with electrode structures covered with a protective carbon coating Areas as described above work with a higher electrical efficiency and have less oxide ring formation than the lamps without those covered with a protective carbon coating Surfaces.

In einem Vergleichstest von 18 etwa 244 cm langen Leuchtstofflampen mit Kohlenstoffschutzüberzug auf Elektrodenflächen mit 18 Lampen der gleichen Art, aber ohne Kohlenstoffschutzüberzug, erzeugten die Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug nach 100 Stunden Betriebsdauer im Durchschnitt 1,5 mehr Lumen/Watt, was einer l,9°/oigen Verbesserung des Lampenwirkungsgrades entspricht Ähnliche Tests mit etwa 122 cm langen Leuchtstofflampen zeigten eine Verbesserung von 3,2 Lumen/Watt für die mit Kohlenstoffschutzüberzug versehenen Elektrodenstrukturen, verglichen mit denen ohne Kohlenstoffschutzüberzug, was einer 4,l°/oigen Zunahme des Wirkungsgrades entsprichtIn a comparative test of 18 fluorescent lamps about 244 cm long with a protective carbon coating Electrode areas with 18 lamps of the same type, but without a protective carbon coating, the lamps with a protective carbon coating produced after 100 hours of operation on average 1.5 more lumens / watt, which is a 1.9% improvement in lamp efficiency corresponds to Similar tests with fluorescent lamps about 122 cm long showed an improvement of 3.2 Lumens / watt for the protective carbon coated electrode structures compared to those without a protective carbon coating, which corresponds to a 4.1% increase in efficiency

In einem anderen Vergleichstest mit etwa 244 cm langen Leuchtstofflampen wurden 36 Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug auf Elektrodenflächen insgesamt 3000 Stunden in einem Zyklus von 3 Stunden Betriebsdauer, gefolgt von 20 Minuten außer Betrieb, betrieben und dann auf Ringbildung mit 36 in gleicher Weise betriebenen Lampen der gleichen Art, aber ohne Kohlenstoffschutzüberzug, verglichen. Vier der Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug entwickelten sichtbare Oxidringe, während 27 der Lampen ohne Kohlenstoffschutzüberzug sichtbare Oxidringe entwickelten, von denen viele mehr zu beanstanden (dunkler) waren, als die in den vorerwähnten 4 Lampen mit Kohlenstoffschutzüberzug. In another comparative test with about 244 cm long fluorescent lamps were 36 lamps with Carbon protective coating on electrode surfaces for a total of 3000 hours in a cycle of 3 hours Operating time followed by 20 minutes out of service, operated and then ringing with 36 in the same Way operated lamps of the same type, but without a protective carbon coating, compared. Four of the lamps with protective carbon coating developed visible oxide rings, while 27 of the lamps without protective carbon coating developed visible oxide rings, many of which were more objectionable (darker) than those in the aforementioned 4 lamps with protective carbon coating.

Es wird angenommen, daß der Kohlenstoffschutzüberzug auf den Elektrodenflächen die verbesserten Ergebnisse durch Bedecken bereits oxidierter Metallteile, wie der Stützdrähte, erzielt oder es verhindert, daß solche Elektrodenflächen oxidiert werden, was sonst eintreten würde, wenn die Wendel während der Aktivierung auf die hohe Temperatur erhitzt wird.It is believed that the protective carbon coating on the electrode surfaces did the better Results achieved by covering already oxidized metal parts, such as the support wires, or it prevents such electrode surfaces are oxidized, which would otherwise occur if the filament during the Activation is heated to the high temperature.

Darüber hinaus wirken die kohlenstoffbedeckten Flächen wegen ihres geringen spezifisichen Widerstandes und ihrer guten thermischen Leitfähigkeit sehr wirksam als Anoden. Durch diese gute thermische Leitfähigkeit führt der Kohlenstoffschutzüberzug die durch das Auftreten der Elektronen a·.;; dem Kohlenstofischutzüberzug erzeugte Oberfiächenwirme an das darunterliegende Metall und die umgebende Atmosphäre in der Lampe ab, wenn die Elektrode als Anode wirkt, wodurch der Kohlenstoffschutzüberzug kühler arbeitet und einer geringeren Widerstand gegenüber dem Stromdurchgang hat, als eine oxidierte Oberfläche auf den Metallteilen haben würde.In addition, the carbon-covered surfaces are effective because of their low specific resistance and their good thermal conductivity are very effective as anodes. Because of this good thermal The carbon protective coating leads to conductivity which is caused by the occurrence of electrons a ·. ;; the carbon protective coating generated surface heat to the underlying metal and the surrounding atmosphere in the lamp when the electrode acts as an anode, making the protective carbon coating work cooler and has a lower resistance to the passage of current than an oxidized surface the metal parts would have.

Die verringerte Oxidringbildung, die durch die Erfindung erzielt wird, wird der Tatsache- zugeschrieben, daß die mit Kohlenstoffschutzüberzug bedeckten Flächen nicht oxidiert werden können. Wenn diese Elektrodenflächen, die während der abwechselnden Halbzyklen des Betriebsstromes als Anoden wirken, oxidiert wären, dann würde der Dampfentladungsstrom dazu neigen, die oxidierte Oberfläche unter Freisetzung von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Materialien in die Dampfentladung zu zerstören. In Gegenwart der Entladung kann Quecksilber mit diesen Materiaiien unter Bildung von Quecksilberoxid reagieren, das sich auf dem Kolben (oder auf der Leuchtstoffoberfläche, wenn üie Lampe eine Leuchtstofflampe ist) am Beginn jedes Bereiches der positiven Kolonne der Entladung niederschlägt Dies erlaubt nachfolgend die Niederschlagung des Quecksilbers dort und resultiert in der Bildung eines dunklen Ringes, der unansehnlich ist und auch die Lichtabgabe der Lampe beeinträchtigtThe reduced oxide ring formation achieved by the invention is attributed to the fact that the surfaces covered with a protective carbon coating cannot be oxidized. If those Electrode surfaces that act as anodes during the alternating half-cycles of the operating current, were oxidized, then the vapor discharge current would tend to release the oxidized surface of oxygen or oxygen-containing materials in the vapor discharge to destroy. In the presence of the Mercury can discharge with these materiaiien react to form mercury oxide, which is deposited on the bulb (or on the fluorescent surface, if the lamp is a fluorescent lamp) at the beginning of each area of the positive column of the discharge This subsequently allows the mercury to precipitate there and results in the Formation of a dark ring that is unsightly and also affects the light output of the lamp

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentanspruch:Claim:

Elektrodenstruktur für eine Niederdruck-Dampfentladungslampe mit einem Paar Stützdrähte, einer langgestreckten Wendel, die an im Abstand voneinanderliegenden Punkten an den Stützdrähten befestigt ist, und einem Elektronen emittierenden Kathodenmaterial auf dem zentralen Bereich der Wendel zwischen den Stützdrähten sowie einem Schutzüberzug auf mindestens einem Teil der freien Metalloberflächen, welche die Endbereiche der Wendel und die Bereiche der Stützdrähte benachbart der Wendel umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzüberzug aus Kohlenstoff besteht.Electrode structure for a low-pressure vapor discharge lamp with a pair of support wires, an elongated filament, which is attached to at spaced points is attached to the support wires, and an electron emitting cathode material on the central area of the helix between the support wires and a protective coating on at least a portion of the exposed metal surfaces which the End regions of the helix and the areas of the support wires adjacent to the helix, characterized in that the protective coating consists of carbon.